use the right stride
[ffmpeg.git] / libavcodec / roqvideoenc.c
1 /*
2  * RoQ Video Encoder.
3  *
4  * Copyright (C) 2007 Vitor <vitor1001@gmail.com>
5  * Copyright (C) 2004-2007 Eric Lasota
6  *    Based on RoQ specs (C) 2001 Tim Ferguson
7  *
8  * This file is part of FFmpeg.
9  *
10  * FFmpeg is free software; you can redistribute it and/or
11  * modify it under the terms of the GNU Lesser General Public
12  * License as published by the Free Software Foundation; either
13  * version 2.1 of the License, or (at your option) any later version.
14  *
15  * FFmpeg is distributed in the hope that it will be useful,
16  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
17  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
18  * Lesser General Public License for more details.
19  *
20  * You should have received a copy of the GNU Lesser General Public
21  * License along with FFmpeg; if not, write to the Free Software
22  * Foundation, Inc., 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston, MA 02110-1301 USA
23  */
24
25 /**
26  * @file roqvideoenc.c
27  * Id RoQ encoder by Vitor. Based on the Switchblade3 library and the
28  * Switchblade3 FFmpeg glue by Eric Lasota.
29  */
30
31 /*
32  * COSTS:
33  * Level 1:
34  *  SKIP - 2 bits
35  *  MOTION - 2 + 8 bits
36  *  CODEBOOK - 2 + 8 bits
37  *  SUBDIVIDE - 2 + combined subcel cost
38  *
39  * Level 2:
40  *  SKIP - 2 bits
41  *  MOTION - 2 + 8 bits
42  *  CODEBOOK - 2 + 8 bits
43  *  SUBDIVIDE - 2 + 4*8 bits
44  *
45  * Maximum cost: 138 bits per cel
46  *
47  * Proper evaluation requires LCD fraction comparison, which requires
48  * Squared Error (SE) loss * savings increase
49  *
50  * Maximum savings increase: 136 bits
51  * Maximum SE loss without overflow: 31580641
52  * Components in 8x8 supercel: 192
53  * Maximum SE precision per component: 164482
54  *    >65025, so no truncation is needed (phew)
55  */
56
57 #include <string.h>
58 #include <unistd.h>
59
60 #include "roqvideo.h"
61 #include "bytestream.h"
62 #include "elbg.h"
63
64 #define CHROMA_BIAS 1
65
66 /**
67  * Maximum number of generated 4x4 codebooks. Can't be 256 to workaround a
68  * Quake 3 bug.
69  */
70 #define MAX_CBS_4x4 255
71
72 #define MAX_CBS_2x2 256 ///< Maximum number of 2x2 codebooks.
73
74 /* The cast is useful when multiplying it by INT_MAX */
75 #define ROQ_LAMBDA_SCALE ((uint64_t) FF_LAMBDA_SCALE)
76
77 /* Macroblock support functions */
78 static void unpack_roq_cell(roq_cell *cell, uint8_t u[4*3])
79 {
80     memcpy(u  , cell->y, 4);
81     memset(u+4, cell->u, 4);
82     memset(u+8, cell->v, 4);
83 }
84
85 static void unpack_roq_qcell(uint8_t cb2[], roq_qcell *qcell, uint8_t u[4*4*3])
86 {
87     int i,cp;
88     static const int offsets[4] = {0, 2, 8, 10};
89
90     for (cp=0; cp<3; cp++)
91         for (i=0; i<4; i++) {
92             u[4*4*cp + offsets[i]  ] = cb2[qcell->idx[i]*2*2*3 + 4*cp  ];
93             u[4*4*cp + offsets[i]+1] = cb2[qcell->idx[i]*2*2*3 + 4*cp+1];
94             u[4*4*cp + offsets[i]+4] = cb2[qcell->idx[i]*2*2*3 + 4*cp+2];
95             u[4*4*cp + offsets[i]+5] = cb2[qcell->idx[i]*2*2*3 + 4*cp+3];
96         }
97 }
98
99
100 static void enlarge_roq_mb4(uint8_t base[3*16], uint8_t u[3*64])
101 {
102     int x,y,cp;
103
104     for(cp=0; cp<3; cp++)
105         for(y=0; y<8; y++)
106             for(x=0; x<8; x++)
107                 *u++ = base[(y/2)*4 + (x/2) + 16*cp];
108 }
109
110 static inline int square(int x)
111 {
112     return x*x;
113 }
114
115 static inline int eval_sse(uint8_t *a, uint8_t *b, int count)
116 {
117     int diff=0;
118
119     while(count--)
120         diff += square(*b++ - *a++);
121
122     return diff;
123 }
124
125 // FIXME Could use DSPContext.sse, but it is not so speed critical (used
126 // just for motion estimation).
127 static int block_sse(uint8_t **buf1, uint8_t **buf2, int x1, int y1, int x2,
128                      int y2, int *stride, int size)
129 {
130     int i, k;
131     int sse=0;
132
133     for (k=0; k<3; k++) {
134         int bias = (k ? CHROMA_BIAS : 4);
135         for (i=0; i<size; i++)
136             sse += bias*eval_sse(buf1[k] + (y1+i)*stride[k] + x1,
137                                  buf2[k] + (y2+i)*stride[k] + x2, size);
138     }
139
140     return sse;
141 }
142
143 static int eval_motion_dist(RoqContext *enc, int x, int y, motion_vect vect,
144                              int size)
145 {
146     int mx=vect.d[0];
147     int my=vect.d[1];
148
149     if (mx < -7 || mx > 7)
150         return INT_MAX;
151
152     if (my < -7 || my > 7)
153         return INT_MAX;
154
155     mx += x;
156     my += y;
157
158     if ((unsigned) mx > enc->width-size || (unsigned) my > enc->height-size)
159         return INT_MAX;
160
161     return block_sse(enc->frame_to_enc->data, enc->last_frame->data, x, y,
162                      mx, my, enc->frame_to_enc->linesize, size);
163 }
164
165 /**
166  * Returns distortion between two macroblocks
167  */
168 static inline int squared_diff_macroblock(uint8_t a[], uint8_t b[], int size)
169 {
170     int cp, sdiff=0;
171
172     for(cp=0;cp<3;cp++) {
173         int bias = (cp ? CHROMA_BIAS : 4);
174         sdiff += bias*eval_sse(a, b, size*size);
175         a += size*size;
176         b += size*size;
177     }
178
179     return sdiff;
180 }
181
182 typedef struct
183 {
184     int eval_dist[4];
185     int best_bit_use;
186     int best_coding;
187
188     int subCels[4];
189     motion_vect motion;
190     int cbEntry;
191 } subcel_evaluation_t;
192
193 typedef struct
194 {
195     int eval_dist[4];
196     int best_coding;
197
198     subcel_evaluation_t subCels[4];
199
200     motion_vect motion;
201     int cbEntry;
202
203     int sourceX, sourceY;
204 } cel_evaluation_t;
205
206 typedef struct
207 {
208     int numCB4;
209     int numCB2;
210     int usedCB2[MAX_CBS_2x2];
211     int usedCB4[MAX_CBS_4x4];
212     uint8_t unpacked_cb2[MAX_CBS_2x2*2*2*3];
213     uint8_t unpacked_cb4[MAX_CBS_4x4*4*4*3];
214     uint8_t unpacked_cb4_enlarged[MAX_CBS_4x4*8*8*3];
215 } roq_codebooks_t;
216
217 /**
218  * Temporary vars
219  */
220 typedef struct
221 {
222     cel_evaluation_t *cel_evals;
223
224     int f2i4[MAX_CBS_4x4];
225     int i2f4[MAX_CBS_4x4];
226     int f2i2[MAX_CBS_2x2];
227     int i2f2[MAX_CBS_2x2];
228
229     int mainChunkSize;
230
231     int numCB4;
232     int numCB2;
233
234     roq_codebooks_t codebooks;
235
236     int *closest_cb2;
237     int used_option[4];
238 } roq_tempdata_t;
239
240 /**
241  * Initializes cel evaluators and sets their source coordinates
242  */
243 static void create_cel_evals(RoqContext *enc, roq_tempdata_t *tempData)
244 {
245     int n=0, x, y, i;
246
247     tempData->cel_evals = av_malloc(enc->width*enc->height/64 * sizeof(cel_evaluation_t));
248
249     /* Map to the ROQ quadtree order */
250     for (y=0; y<enc->height; y+=16)
251         for (x=0; x<enc->width; x+=16)
252             for(i=0; i<4; i++) {
253                 tempData->cel_evals[n  ].sourceX = x + (i&1)*8;
254                 tempData->cel_evals[n++].sourceY = y + (i&2)*4;
255             }
256 }
257
258 /**
259  * Get macroblocks from parts of the image
260  */
261 static void get_frame_mb(AVFrame *frame, int x, int y, uint8_t mb[], int dim)
262 {
263     int i, j, cp;
264
265     for (cp=0; cp<3; cp++) {
266         int stride = frame->linesize[cp];
267         for (i=0; i<dim; i++)
268             for (j=0; j<dim; j++)
269                 *mb++ = frame->data[cp][(y+i)*stride + x + j];
270     }
271 }
272
273 /**
274  * Find the codebook with the lowest distortion from an image
275  */
276 static int index_mb(uint8_t cluster[], uint8_t cb[], int numCB,
277                     int *outIndex, int dim)
278 {
279     int i, lDiff = INT_MAX, pick=0;
280
281     /* Diff against the others */
282     for (i=0; i<numCB; i++) {
283         int diff = squared_diff_macroblock(cluster, cb + i*dim*dim*3, dim);
284         if (diff < lDiff) {
285             lDiff = diff;
286             pick = i;
287         }
288     }
289
290     *outIndex = pick;
291     return lDiff;
292 }
293
294 #define EVAL_MOTION(MOTION) \
295     do { \
296         diff = eval_motion_dist(enc, j, i, MOTION, blocksize); \
297             \
298         if (diff < lowestdiff) { \
299             lowestdiff = diff; \
300             bestpick = MOTION; \
301         } \
302     } while(0)
303
304 static void motion_search(RoqContext *enc, int blocksize)
305 {
306     static const motion_vect offsets[8] = {
307         {{ 0,-1}},
308         {{ 0, 1}},
309         {{-1, 0}},
310         {{ 1, 0}},
311         {{-1, 1}},
312         {{ 1,-1}},
313         {{-1,-1}},
314         {{ 1, 1}},
315     };
316
317     int diff, lowestdiff, oldbest;
318     int off[3];
319     motion_vect bestpick = {{0,0}};
320     int i, j, k, offset;
321
322     motion_vect *last_motion;
323     motion_vect *this_motion;
324     motion_vect vect, vect2;
325
326     int max=(enc->width/blocksize)*enc->height/blocksize;
327
328     if (blocksize == 4) {
329         last_motion = enc->last_motion4;
330         this_motion = enc->this_motion4;
331     } else {
332         last_motion = enc->last_motion8;
333         this_motion = enc->this_motion8;
334     }
335
336     for (i=0; i<enc->height; i+=blocksize)
337         for (j=0; j<enc->width; j+=blocksize) {
338             lowestdiff = eval_motion_dist(enc, j, i, (motion_vect) {{0,0}},
339                                           blocksize);
340             bestpick.d[0] = 0;
341             bestpick.d[1] = 0;
342
343             if (blocksize == 4)
344                 EVAL_MOTION(enc->this_motion8[(i/8)*(enc->width/8) + j/8]);
345
346             offset = (i/blocksize)*enc->width/blocksize + j/blocksize;
347             if (offset < max && offset >= 0)
348                 EVAL_MOTION(last_motion[offset]);
349
350             offset++;
351             if (offset < max && offset >= 0)
352                 EVAL_MOTION(last_motion[offset]);
353
354             offset = (i/blocksize + 1)*enc->width/blocksize + j/blocksize;
355             if (offset < max && offset >= 0)
356                 EVAL_MOTION(last_motion[offset]);
357
358             off[0]= (i/blocksize)*enc->width/blocksize + j/blocksize - 1;
359             off[1]= off[0] - enc->width/blocksize + 1;
360             off[2]= off[1] + 1;
361
362             if (i) {
363
364                 for(k=0; k<2; k++)
365                     vect.d[k]= mid_pred(this_motion[off[0]].d[k],
366                                         this_motion[off[1]].d[k],
367                                         this_motion[off[2]].d[k]);
368
369                 EVAL_MOTION(vect);
370                 for(k=0; k<3; k++)
371                     EVAL_MOTION(this_motion[off[k]]);
372             } else if(j)
373                 EVAL_MOTION(this_motion[off[0]]);
374
375             vect = bestpick;
376
377             oldbest = -1;
378             while (oldbest != lowestdiff) {
379                 oldbest = lowestdiff;
380                 for (k=0; k<8; k++) {
381                     vect2 = vect;
382                     vect2.d[0] += offsets[k].d[0];
383                     vect2.d[1] += offsets[k].d[1];
384                     EVAL_MOTION(vect2);
385                 }
386                 vect = bestpick;
387             }
388             offset = (i/blocksize)*enc->width/blocksize + j/blocksize;
389             this_motion[offset] = bestpick;
390         }
391 }
392
393 /**
394  * Gets distortion for all options available to a subcel
395  */
396 static void gather_data_for_subcel(subcel_evaluation_t *subcel, int x,
397                                    int y, RoqContext *enc, roq_tempdata_t *tempData)
398 {
399     uint8_t mb4[4*4*3];
400     uint8_t mb2[2*2*3];
401     int cluster_index;
402     int i, best_dist;
403
404     static const int bitsUsed[4] = {2, 10, 10, 34};
405
406     if (enc->framesSinceKeyframe >= 1) {
407         subcel->motion = enc->this_motion4[y*enc->width/16 + x/4];
408
409         subcel->eval_dist[RoQ_ID_FCC] =
410             eval_motion_dist(enc, x, y,
411                              enc->this_motion4[y*enc->width/16 + x/4], 4);
412     } else
413         subcel->eval_dist[RoQ_ID_FCC] = INT_MAX;
414
415     if (enc->framesSinceKeyframe >= 2)
416         subcel->eval_dist[RoQ_ID_MOT] = block_sse(enc->frame_to_enc->data,
417                                                   enc->current_frame->data, x,
418                                                   y, x, y,
419                                                   enc->frame_to_enc->linesize,
420                                                   4);
421     else
422         subcel->eval_dist[RoQ_ID_MOT] = INT_MAX;
423
424     cluster_index = y*enc->width/16 + x/4;
425
426     get_frame_mb(enc->frame_to_enc, x, y, mb4, 4);
427
428     subcel->eval_dist[RoQ_ID_SLD] = index_mb(mb4,
429                                              tempData->codebooks.unpacked_cb4,
430                                              tempData->codebooks.numCB4,
431                                              &subcel->cbEntry, 4);
432
433     subcel->eval_dist[RoQ_ID_CCC] = 0;
434
435     for(i=0;i<4;i++) {
436         subcel->subCels[i] = tempData->closest_cb2[cluster_index*4+i];
437
438         get_frame_mb(enc->frame_to_enc, x+2*(i&1),
439                      y+(i&2), mb2, 2);
440
441         subcel->eval_dist[RoQ_ID_CCC] +=
442             squared_diff_macroblock(tempData->codebooks.unpacked_cb2 + subcel->subCels[i]*2*2*3, mb2, 2);
443     }
444
445     best_dist = INT_MAX;
446     for (i=0; i<4; i++)
447         if (ROQ_LAMBDA_SCALE*subcel->eval_dist[i] + enc->lambda*bitsUsed[i] <
448             best_dist) {
449             subcel->best_coding = i;
450             subcel->best_bit_use = bitsUsed[i];
451             best_dist = ROQ_LAMBDA_SCALE*subcel->eval_dist[i] +
452                 enc->lambda*bitsUsed[i];
453         }
454 }
455
456 /**
457  * Gets distortion for all options available to a cel
458  */
459 static void gather_data_for_cel(cel_evaluation_t *cel, RoqContext *enc,
460                                 roq_tempdata_t *tempData)
461 {
462     uint8_t mb8[8*8*3];
463     int index = cel->sourceY*enc->width/64 + cel->sourceX/8;
464     int i, j, best_dist, divide_bit_use;
465
466     int bitsUsed[4] = {2, 10, 10, 0};
467
468     if (enc->framesSinceKeyframe >= 1) {
469         cel->motion = enc->this_motion8[index];
470
471         cel->eval_dist[RoQ_ID_FCC] =
472             eval_motion_dist(enc, cel->sourceX, cel->sourceY,
473                              enc->this_motion8[index], 8);
474     } else
475         cel->eval_dist[RoQ_ID_FCC] = INT_MAX;
476
477     if (enc->framesSinceKeyframe >= 2)
478         cel->eval_dist[RoQ_ID_MOT] = block_sse(enc->frame_to_enc->data,
479                                                enc->current_frame->data,
480                                                cel->sourceX, cel->sourceY,
481                                                cel->sourceX, cel->sourceY,
482                                                enc->frame_to_enc->linesize, 8);
483     else
484         cel->eval_dist[RoQ_ID_MOT] = INT_MAX;
485
486     get_frame_mb(enc->frame_to_enc, cel->sourceX, cel->sourceY, mb8, 8);
487
488     cel->eval_dist[RoQ_ID_SLD] =
489         index_mb(mb8, tempData->codebooks.unpacked_cb4_enlarged,
490                  tempData->codebooks.numCB4, &cel->cbEntry, 8);
491
492     gather_data_for_subcel(cel->subCels + 0, cel->sourceX+0, cel->sourceY+0, enc, tempData);
493     gather_data_for_subcel(cel->subCels + 1, cel->sourceX+4, cel->sourceY+0, enc, tempData);
494     gather_data_for_subcel(cel->subCels + 2, cel->sourceX+0, cel->sourceY+4, enc, tempData);
495     gather_data_for_subcel(cel->subCels + 3, cel->sourceX+4, cel->sourceY+4, enc, tempData);
496
497     cel->eval_dist[RoQ_ID_CCC] = 0;
498     divide_bit_use = 0;
499     for (i=0; i<4; i++) {
500         cel->eval_dist[RoQ_ID_CCC] +=
501             cel->subCels[i].eval_dist[cel->subCels[i].best_coding];
502         divide_bit_use += cel->subCels[i].best_bit_use;
503     }
504
505     best_dist = INT_MAX;
506     bitsUsed[3] = 2 + divide_bit_use;
507
508     for (i=0; i<4; i++)
509         if (ROQ_LAMBDA_SCALE*cel->eval_dist[i] + enc->lambda*bitsUsed[i] <
510             best_dist) {
511             cel->best_coding = i;
512             best_dist = ROQ_LAMBDA_SCALE*cel->eval_dist[i] +
513                 enc->lambda*bitsUsed[i];
514         }
515
516     tempData->used_option[cel->best_coding]++;
517     tempData->mainChunkSize += bitsUsed[cel->best_coding];
518
519     if (cel->best_coding == RoQ_ID_SLD)
520         tempData->codebooks.usedCB4[cel->cbEntry]++;
521
522     if (cel->best_coding == RoQ_ID_CCC)
523         for (i=0; i<4; i++) {
524             if (cel->subCels[i].best_coding == RoQ_ID_SLD)
525                 tempData->codebooks.usedCB4[cel->subCels[i].cbEntry]++;
526             else if (cel->subCels[i].best_coding == RoQ_ID_CCC)
527                 for (j=0; j<4; j++)
528                     tempData->codebooks.usedCB2[cel->subCels[i].subCels[j]]++;
529         }
530 }
531
532 static void remap_codebooks(RoqContext *enc, roq_tempdata_t *tempData)
533 {
534     int i, j, idx=0;
535
536     /* Make remaps for the final codebook usage */
537     for (i=0; i<MAX_CBS_4x4; i++) {
538         if (tempData->codebooks.usedCB4[i]) {
539             tempData->i2f4[i] = idx;
540             tempData->f2i4[idx] = i;
541             for (j=0; j<4; j++)
542                 tempData->codebooks.usedCB2[enc->cb4x4[i].idx[j]]++;
543             idx++;
544         }
545     }
546
547     tempData->numCB4 = idx;
548
549     idx = 0;
550     for (i=0; i<MAX_CBS_2x2; i++) {
551         if (tempData->codebooks.usedCB2[i]) {
552             tempData->i2f2[i] = idx;
553             tempData->f2i2[idx] = i;
554             idx++;
555         }
556     }
557     tempData->numCB2 = idx;
558
559 }
560
561 /**
562  * Write codebook chunk
563  */
564 static void write_codebooks(RoqContext *enc, roq_tempdata_t *tempData)
565 {
566     int i, j;
567     uint8_t **outp= &enc->out_buf;
568
569     if (tempData->numCB2) {
570         bytestream_put_le16(outp, RoQ_QUAD_CODEBOOK);
571         bytestream_put_le32(outp, tempData->numCB2*6 + tempData->numCB4*4);
572         bytestream_put_byte(outp, tempData->numCB4);
573         bytestream_put_byte(outp, tempData->numCB2);
574
575         for (i=0; i<tempData->numCB2; i++) {
576             bytestream_put_buffer(outp, enc->cb2x2[tempData->f2i2[i]].y, 4);
577             bytestream_put_byte(outp, enc->cb2x2[tempData->f2i2[i]].u);
578             bytestream_put_byte(outp, enc->cb2x2[tempData->f2i2[i]].v);
579         }
580
581         for (i=0; i<tempData->numCB4; i++)
582             for (j=0; j<4; j++)
583                 bytestream_put_byte(outp, tempData->i2f2[enc->cb4x4[tempData->f2i4[i]].idx[j]]);
584
585     }
586 }
587
588 static inline uint8_t motion_arg(motion_vect mot)
589 {
590     uint8_t ax = 8 - ((uint8_t) mot.d[0]);
591     uint8_t ay = 8 - ((uint8_t) mot.d[1]);
592     return ((ax&15)<<4) | (ay&15);
593 }
594
595 typedef struct
596 {
597     int typeSpool;
598     int typeSpoolLength;
599     uint8_t argumentSpool[64];
600     uint8_t *args;
601     uint8_t **pout;
602 } CodingSpool;
603
604 /* NOTE: Typecodes must be spooled AFTER arguments!! */
605 static void write_typecode(CodingSpool *s, uint8_t type)
606 {
607     s->typeSpool |= ((type) & 3) << (14 - s->typeSpoolLength);
608     s->typeSpoolLength += 2;
609     if (s->typeSpoolLength == 16) {
610         bytestream_put_le16(s->pout, s->typeSpool);
611         bytestream_put_buffer(s->pout, s->argumentSpool,
612                               s->args - s->argumentSpool);
613         s->typeSpoolLength = 0;
614         s->typeSpool = 0;
615         s->args = s->argumentSpool;
616     }
617 }
618
619 static void reconstruct_and_encode_image(RoqContext *enc, roq_tempdata_t *tempData, int w, int h, int numBlocks)
620 {
621     int i, j, k;
622     int x, y;
623     int subX, subY;
624     int dist=0;
625
626     roq_qcell *qcell;
627     cel_evaluation_t *eval;
628
629     CodingSpool spool;
630
631     spool.typeSpool=0;
632     spool.typeSpoolLength=0;
633     spool.args = spool.argumentSpool;
634     spool.pout = &enc->out_buf;
635
636     if (tempData->used_option[RoQ_ID_CCC]%2)
637         tempData->mainChunkSize+=8; //FIXME
638
639     /* Write the video chunk header */
640     bytestream_put_le16(&enc->out_buf, RoQ_QUAD_VQ);
641     bytestream_put_le32(&enc->out_buf, tempData->mainChunkSize/8);
642     bytestream_put_byte(&enc->out_buf, 0x0);
643     bytestream_put_byte(&enc->out_buf, 0x0);
644
645     for (i=0; i<numBlocks; i++) {
646         eval = tempData->cel_evals + i;
647
648         x = eval->sourceX;
649         y = eval->sourceY;
650         dist += eval->eval_dist[eval->best_coding];
651
652         switch (eval->best_coding) {
653         case RoQ_ID_MOT:
654             write_typecode(&spool, RoQ_ID_MOT);
655             break;
656
657         case RoQ_ID_FCC:
658             bytestream_put_byte(&spool.args, motion_arg(eval->motion));
659
660             write_typecode(&spool, RoQ_ID_FCC);
661             ff_apply_motion_8x8(enc, x, y,
662                                 eval->motion.d[0], eval->motion.d[1]);
663             break;
664
665         case RoQ_ID_SLD:
666             bytestream_put_byte(&spool.args, tempData->i2f4[eval->cbEntry]);
667             write_typecode(&spool, RoQ_ID_SLD);
668
669             qcell = enc->cb4x4 + eval->cbEntry;
670             ff_apply_vector_4x4(enc, x  , y  , enc->cb2x2 + qcell->idx[0]);
671             ff_apply_vector_4x4(enc, x+4, y  , enc->cb2x2 + qcell->idx[1]);
672             ff_apply_vector_4x4(enc, x  , y+4, enc->cb2x2 + qcell->idx[2]);
673             ff_apply_vector_4x4(enc, x+4, y+4, enc->cb2x2 + qcell->idx[3]);
674             break;
675
676         case RoQ_ID_CCC:
677             write_typecode(&spool, RoQ_ID_CCC);
678
679             for (j=0; j<4; j++) {
680                 subX = x + 4*(j&1);
681                 subY = y + 2*(j&2);
682
683                 switch(eval->subCels[j].best_coding) {
684                 case RoQ_ID_MOT:
685                     break;
686
687                 case RoQ_ID_FCC:
688                     bytestream_put_byte(&spool.args,
689                                         motion_arg(eval->subCels[j].motion));
690
691                     ff_apply_motion_4x4(enc, subX, subY,
692                                         eval->subCels[j].motion.d[0],
693                                         eval->subCels[j].motion.d[1]);
694                     break;
695
696                 case RoQ_ID_SLD:
697                     bytestream_put_byte(&spool.args,
698                                         tempData->i2f4[eval->subCels[j].cbEntry]);
699
700                     qcell = enc->cb4x4 + eval->subCels[j].cbEntry;
701
702                     ff_apply_vector_2x2(enc, subX  , subY  ,
703                                         enc->cb2x2 + qcell->idx[0]);
704                     ff_apply_vector_2x2(enc, subX+2, subY  ,
705                                         enc->cb2x2 + qcell->idx[1]);
706                     ff_apply_vector_2x2(enc, subX  , subY+2,
707                                         enc->cb2x2 + qcell->idx[2]);
708                     ff_apply_vector_2x2(enc, subX+2, subY+2,
709                                         enc->cb2x2 + qcell->idx[3]);
710                     break;
711
712                 case RoQ_ID_CCC:
713                     for (k=0; k<4; k++) {
714                         int cb_idx = eval->subCels[j].subCels[k];
715                         bytestream_put_byte(&spool.args,
716                                             tempData->i2f2[cb_idx]);
717
718                         ff_apply_vector_2x2(enc, subX + 2*(k&1), subY + (k&2),
719                                             enc->cb2x2 + cb_idx);
720                     }
721                     break;
722                 }
723                 write_typecode(&spool, eval->subCels[j].best_coding);
724             }
725             break;
726         }
727     }
728
729     /* Flush the remainder of the argument/type spool */
730     while (spool.typeSpoolLength)
731         write_typecode(&spool, 0x0);
732
733 #if 0
734     uint8_t *fdata[3] = {enc->frame_to_enc->data[0],
735                            enc->frame_to_enc->data[1],
736                            enc->frame_to_enc->data[2]};
737     uint8_t *cdata[3] = {enc->current_frame->data[0],
738                            enc->current_frame->data[1],
739                            enc->current_frame->data[2]};
740     av_log(enc->avctx, AV_LOG_ERROR, "Expected distortion: %i Actual: %i\n",
741            dist,
742            block_sse(fdata, cdata, 0, 0, 0, 0,
743                      enc->frame_to_enc->linesize, enc->width));  //WARNING: Square dimensions implied...
744 #endif
745 }
746
747
748 /**
749  * Create a single YUV cell from a 2x2 section of the image
750  */
751 static inline void frame_block_to_cell(uint8_t *block, uint8_t **data,
752                                        int top, int left, int *stride)
753 {
754     int i, j, u=0, v=0;
755
756     for (i=0; i<2; i++)
757         for (j=0; j<2; j++) {
758             int x = (top+i)*stride[0] + left + j;
759             *block++ = data[0][x];
760             x = (top+i)*stride[1] + left + j;
761             u       += data[1][x];
762             v       += data[2][x];
763         }
764
765     *block++ = (u+2)/4;
766     *block++ = (v+2)/4;
767 }
768
769 /**
770  * Creates YUV clusters for the entire image
771  */
772 static void create_clusters(AVFrame *frame, int w, int h, uint8_t *yuvClusters)
773 {
774     int i, j, k, l;
775
776     for (i=0; i<h; i+=4)
777         for (j=0; j<w; j+=4) {
778             for (k=0; k < 2; k++)
779                 for (l=0; l < 2; l++)
780                     frame_block_to_cell(yuvClusters + (l + 2*k)*6, frame->data,
781                                         i+2*k, j+2*l, frame->linesize);
782             yuvClusters += 24;
783         }
784 }
785
786 static void generate_codebook(RoqContext *enc, roq_tempdata_t *tempdata,
787                               int *points, int inputCount, roq_cell *results,
788                               int size, int cbsize)
789 {
790     int i, j, k;
791     int c_size = size*size/4;
792     int *buf = points;
793     int *codebook = av_malloc(6*c_size*cbsize*sizeof(int));
794     int *closest_cb;
795
796     if (size == 4)
797         closest_cb = av_malloc(6*c_size*inputCount*sizeof(int));
798     else
799         closest_cb = tempdata->closest_cb2;
800
801     ff_init_elbg(points, 6*c_size, inputCount, codebook, cbsize, 1, closest_cb, &enc->randctx);
802     ff_do_elbg(points, 6*c_size, inputCount, codebook, cbsize, 1, closest_cb, &enc->randctx);
803
804     if (size == 4)
805         av_free(closest_cb);
806
807     buf = codebook;
808     for (i=0; i<cbsize; i++)
809         for (k=0; k<c_size; k++) {
810             for(j=0; j<4; j++)
811                 results->y[j] = *buf++;
812
813             results->u =    (*buf++ + CHROMA_BIAS/2)/CHROMA_BIAS;
814             results->v =    (*buf++ + CHROMA_BIAS/2)/CHROMA_BIAS;
815             results++;
816         }
817
818     av_free(codebook);
819 }
820
821 static void generate_new_codebooks(RoqContext *enc, roq_tempdata_t *tempData)
822 {
823     int i,j;
824     roq_codebooks_t *codebooks = &tempData->codebooks;
825     int max = enc->width*enc->height/16;
826     uint8_t mb2[3*4];
827     roq_cell *results4 = av_malloc(sizeof(roq_cell)*MAX_CBS_4x4*4);
828     uint8_t *yuvClusters=av_malloc(sizeof(int)*max*6*4);
829     int *points = av_malloc(max*6*4*sizeof(int));
830     int bias;
831
832     /* Subsample YUV data */
833     create_clusters(enc->frame_to_enc, enc->width, enc->height, yuvClusters);
834
835     /* Cast to integer and apply chroma bias */
836     for (i=0; i<max*24; i++) {
837         bias = ((i%6)<4) ? 1 : CHROMA_BIAS;
838         points[i] = bias*yuvClusters[i];
839     }
840
841     /* Create 4x4 codebooks */
842     generate_codebook(enc, tempData, points, max, results4, 4, MAX_CBS_4x4);
843
844     codebooks->numCB4 = MAX_CBS_4x4;
845
846     tempData->closest_cb2 = av_malloc(max*4*sizeof(int));
847
848     /* Create 2x2 codebooks */
849     generate_codebook(enc, tempData, points, max*4, enc->cb2x2, 2, MAX_CBS_2x2);
850
851     codebooks->numCB2 = MAX_CBS_2x2;
852
853     /* Unpack 2x2 codebook clusters */
854     for (i=0; i<codebooks->numCB2; i++)
855         unpack_roq_cell(enc->cb2x2 + i, codebooks->unpacked_cb2 + i*2*2*3);
856
857     /* Index all 4x4 entries to the 2x2 entries, unpack, and enlarge */
858     for (i=0; i<codebooks->numCB4; i++) {
859         for (j=0; j<4; j++) {
860             unpack_roq_cell(&results4[4*i + j], mb2);
861             index_mb(mb2, codebooks->unpacked_cb2, codebooks->numCB2,
862                      &enc->cb4x4[i].idx[j], 2);
863         }
864         unpack_roq_qcell(codebooks->unpacked_cb2, enc->cb4x4 + i,
865                          codebooks->unpacked_cb4 + i*4*4*3);
866         enlarge_roq_mb4(codebooks->unpacked_cb4 + i*4*4*3,
867                         codebooks->unpacked_cb4_enlarged + i*8*8*3);
868     }
869
870     av_free(yuvClusters);
871     av_free(points);
872     av_free(results4);
873 }
874
875 static void roq_encode_video(RoqContext *enc)
876 {
877     roq_tempdata_t tempData;
878     int i;
879
880     memset(&tempData, 0, sizeof(tempData));
881
882     create_cel_evals(enc, &tempData);
883
884     generate_new_codebooks(enc, &tempData);
885
886     if (enc->framesSinceKeyframe >= 1) {
887         motion_search(enc, 8);
888         motion_search(enc, 4);
889     }
890
891  retry_encode:
892     for (i=0; i<enc->width*enc->height/64; i++)
893         gather_data_for_cel(tempData.cel_evals + i, enc, &tempData);
894
895     /* Quake 3 can't handle chunks bigger than 65536 bytes */
896     if (tempData.mainChunkSize/8 > 65536) {
897         enc->lambda *= .8;
898         goto retry_encode;
899     }
900
901     remap_codebooks(enc, &tempData);
902
903     write_codebooks(enc, &tempData);
904
905     reconstruct_and_encode_image(enc, &tempData, enc->width, enc->height,
906                                  enc->width*enc->height/64);
907
908     /* Rotate frame history */
909     FFSWAP(AVFrame *, enc->current_frame, enc->last_frame);
910     FFSWAP(motion_vect *, enc->last_motion4, enc->this_motion4);
911     FFSWAP(motion_vect *, enc->last_motion8, enc->this_motion8);
912
913     av_free(tempData.cel_evals);
914     av_free(tempData.closest_cb2);
915
916     enc->framesSinceKeyframe++;
917 }
918
919 static int roq_encode_init(AVCodecContext *avctx)
920 {
921     RoqContext *enc = avctx->priv_data;
922
923     av_init_random(1, &enc->randctx);
924
925     enc->framesSinceKeyframe = 0;
926     if ((avctx->width & 0xf) || (avctx->height & 0xf)) {
927         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Dimensions must be divisible by 16\n");
928         return -1;
929     }
930
931     if (((avctx->width)&(avctx->width-1))||((avctx->height)&(avctx->height-1)))
932         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Warning: dimensions not power of two\n");
933
934     if (avcodec_check_dimensions(avctx, avctx->width, avctx->height)) {
935         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Invalid dimensions (%dx%d)\n",
936                avctx->width, avctx->height);
937         return -1;
938     }
939
940     enc->width = avctx->width;
941     enc->height = avctx->height;
942
943     enc->framesSinceKeyframe = 0;
944     enc->first_frame = 1;
945
946     enc->last_frame    = &enc->frames[0];
947     enc->current_frame = &enc->frames[1];
948
949     enc->this_motion4 =
950         av_mallocz((enc->width*enc->height/16)*sizeof(motion_vect));
951
952     enc->last_motion4 =
953         av_malloc ((enc->width*enc->height/16)*sizeof(motion_vect));
954
955     enc->this_motion8 =
956         av_mallocz((enc->width*enc->height/64)*sizeof(motion_vect));
957
958     enc->last_motion8 =
959         av_malloc ((enc->width*enc->height/64)*sizeof(motion_vect));
960
961     return 0;
962 }
963
964 static void roq_write_video_info_chunk(RoqContext *enc)
965 {
966     /* ROQ info chunk */
967     bytestream_put_le16(&enc->out_buf, RoQ_INFO);
968
969     /* Size: 8 bytes */
970     bytestream_put_le32(&enc->out_buf, 8);
971
972     /* Unused argument */
973     bytestream_put_byte(&enc->out_buf, 0x00);
974     bytestream_put_byte(&enc->out_buf, 0x00);
975
976     /* Width */
977     bytestream_put_le16(&enc->out_buf, enc->width);
978
979     /* Height */
980     bytestream_put_le16(&enc->out_buf, enc->height);
981
982     /* Unused in Quake 3, mimics the output of the real encoder */
983     bytestream_put_byte(&enc->out_buf, 0x08);
984     bytestream_put_byte(&enc->out_buf, 0x00);
985     bytestream_put_byte(&enc->out_buf, 0x04);
986     bytestream_put_byte(&enc->out_buf, 0x00);
987 }
988
989 static int roq_encode_frame(AVCodecContext *avctx, unsigned char *buf, int buf_size, void *data)
990 {
991     RoqContext *enc = avctx->priv_data;
992     AVFrame *frame= data;
993     uint8_t *buf_start = buf;
994
995     enc->out_buf = buf;
996     enc->y_stride = frame->linesize[0];
997     enc->c_stride = frame->linesize[1];
998     enc->avctx = avctx;
999
1000     enc->frame_to_enc = frame;
1001
1002     if (frame->quality)
1003         enc->lambda = frame->quality - 1;
1004     else
1005         enc->lambda = 2*ROQ_LAMBDA_SCALE;
1006
1007     /* 138 bits max per 8x8 block +
1008      *     256 codebooks*(6 bytes 2x2 + 4 bytes 4x4) + 8 bytes frame header */
1009     if (((enc->width*enc->height/64)*138+7)/8 + 256*(6+4) + 8 > buf_size) {
1010         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "  RoQ: Output buffer too small!\n");
1011         return -1;
1012     }
1013
1014     /* Check for I frame */
1015     if (enc->framesSinceKeyframe == avctx->gop_size)
1016         enc->framesSinceKeyframe = 0;
1017
1018     if (enc->first_frame) {
1019         /* Alloc memory for the reconstruction data (we must know the stride
1020          for that) */
1021         if (avctx->get_buffer(avctx, enc->current_frame) ||
1022             avctx->get_buffer(avctx, enc->last_frame)) {
1023             av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "  RoQ: get_buffer() failed\n");
1024             return -1;
1025         }
1026
1027         /* Before the first video frame, write a "video info" chunk */
1028         roq_write_video_info_chunk(enc);
1029
1030         enc->first_frame = 0;
1031     }
1032
1033     /* Encode the actual frame */
1034     roq_encode_video(enc);
1035
1036     return enc->out_buf - buf_start;
1037 }
1038
1039 static int roq_encode_end(AVCodecContext *avctx)
1040 {
1041     RoqContext *enc = avctx->priv_data;
1042
1043     avctx->release_buffer(avctx, enc->last_frame);
1044     avctx->release_buffer(avctx, enc->current_frame);
1045
1046     av_free(enc->this_motion4);
1047     av_free(enc->last_motion4);
1048     av_free(enc->this_motion8);
1049     av_free(enc->last_motion8);
1050
1051     return 0;
1052 }
1053
1054 AVCodec roq_encoder =
1055 {
1056     "roqvideo",
1057     CODEC_TYPE_VIDEO,
1058     CODEC_ID_ROQ,
1059     sizeof(RoqContext),
1060     roq_encode_init,
1061     roq_encode_frame,
1062     roq_encode_end,
1063     .supported_framerates = (AVRational[]){{30,1}, {0,0}},
1064     .pix_fmts = (enum PixelFormat[]){PIX_FMT_YUV444P, -1},
1065 };